系统科学 系统思想的渊源 古代与近代的系统思想资课件.ppt

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1、系统思想的渊源：古代与近代的系统思想,一、系统思想探源 二、中国古代的系统思想 三、西方古代的系统思想 四、近代科学中的系统思想 五、现代系统思想的萌芽 六、现代系统科学的创立 七、现代系统理论的形成 八、系统科学的最新发展非线性科学与非 线性系统研究 九、复杂系统研究（复杂性态研究、智能系统 研究和大系统研究）,引言：搞研究要学点科学史,了解过去以解释现在，研究过去与现在以预测未来，占领未来的制高点 从历史中吸取经验教训，获得启示，把握规律，以便站在历史的高度，认识历史的必然和自己的使命。 系统科学的历史中表现出人类对世界认识视野的扩大与深化。,一、系统思想探源,系统观的核心是把事物作为一个

2、有机的整体来看待，这种观念起源于人类社会产生的初期，一直可以追溯到人类脱离动物界的时候。“整体构想能力” 是人和动物最本质的区别。马克思所说的“最笨的工程师”与“最聪明的蜜蜂”的本质区别。钱学森所说：“系统作为一个概念既不是人类生来就有，也不是象有些外国人讲的那样，是二十世纪40年代突然出现的东西。系统概念来源与古代人类的社会实践经验，所以一点也不神秘”。,二、中国古代的系统思想,1、以阴阳、五行、八卦为代表的宇宙构成学说 周易、八卦中国古代的宇宙大系统 。周易所论述的是一个包罗万象的宇宙大系统，其中的八卦：乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑，分别代表天、地、雷、风、水、火、山和泽等8种最基本的要

3、素。世上的万事万物就是由这8种要素按一定的秩序组合而成，即所谓“八卦成列，象在其中矣；因而重之，爻在其中矣；刚柔相推，变在其中矣；系辞焉而命之，动在其中也”。不仅如此，周易中还对事物的形成也作了解释。其中世界被看作是一种演化的结果，在系辞上传中说 “是故易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”。“有天地，然后万物生焉。盈天地之间者唯万物。”,阴阳，五行事物发展的动力和机制阴阳的观念在中国产生很早，周易中对此进行了发展和系统化，周易中认为，宇宙最开始是混沌未分的太极，太极产生天地阴阳两仪，两仪产生象征四时的老阳、老阴、少阳、少阴四象，这四象的相生相克，刚柔相济再产生出乾、绅、震、巽、坎、离、

4、艮、兑八卦。所以“刚柔者，立本者也”，阴阳就成了推动事物演化发展的根本动力。,五行观点 五行：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爱稼墙。润下作咸，炎上作苫，曲直作酸，从革作辛，稼墙作甘。 这里的五行除了包含对构成世界基本要素的猜想，更重要的是初步包含了五行相克相生的思想，已经含有对事物基本组成及其相互关系的初步认识.,老庄学说中国古代系统思想的代表 老子一开始就指出：“道，可道，非常道；名，可名，非常名。无名，天地之始；有名，万物之母”；接着又说“道冲，而用之或不盈。渊今，似万物之宗”，认为虚而无形的道是万物赖以存在的根据，又是派生万物的本原，天

5、地万物皆由道演化而来，由此得出“道生一，一生二，二生三，三生万物”的著名论断，成为中国古代最有代表性的宇宙演化观点。,庄子认为：不仅万物在变，作为运动变化的规律的道也在变，正是道的变化才生成了万物，即天道篇里所说的：“天道运而无所积，故万物成”。最后，庄子谈到了道与人的关系，认为人也是道的产物：“人之生，气之聚也；聚则为生，散则为死”。,老庄学说中关于“自然”的观点 老子把“天道自然”的本体论发展到了以道为“万物之宗”的实践论，即从一种对宇宙的看法中推演出一种指导人们行动的法则。要求人们在待物处世时应该“听其自然”，要“自然而然”，不要作违背自然法则的事情。 这里已经包含了现代系统理论中自组织

6、思想的萌芽.,2、以都江堰，长城，皇宫等大型工程为代表的系统工程思想都江堰-古代水利系统工程的杰作古今中外，水利工程失败的不少，成功的不多，名扬中外的都江堰就是少数成功之作的杰出代表。成功的一个重要原因就在于自觉或不自觉地运用了系统的观点作指导。 都江堰建成后成都平原14个县500万多亩(古亩)农田受益，使整个四川获得天府之国的美誉。更值得提及的是，尽管都江堰工程是在2000多年以前实现的，但是它的规划、设计和施工的科学水平和创见，用今天的系统工程方法来衡量也毫不逊色。,都江堰古代系统工程的代表作,都江堰是一个庞大的有机整体，它包括鱼嘴分水工程、飞沙堰分洪排洪工程，宝瓶口束水工程3项主体工程。

7、主体工程延绵约3公里，与120个附属渠堰工程相互联结。其中分水鱼嘴筑于岷江河道正中天然的江心洲北端，将岷江分为东西二流，东流用以灌溉成都平原；西流是岷江正道，主要用于排洪。都江堰工程的精妙之处在于，利用鱼嘴、上游堤坝和四周的地形地势，使它不但具有分流引水的作用，而且可以自动控制水量。春耕季节灌溉用水量大，较大比例的水量进入东流，较少的水量流人西流。夏季洪水到来时，这种比例就自动地颠倒过来了，形成了“分四六，平潦旱”的情况。,3、以中医中药为代表的人体系统与控制理论萌芽,中国古代的神农尝百草，表现了原始的“黑箱”与功能模拟思想以扁鹊、华陀等为代表的中国古代名医，巧妙地运用系统思想进行辨证施治，不

8、仅为中华民族的健康作出了实际贡献，也形成了一整套相对完整的医疗理论体系。,中医的经典黄帝内经中指出：人的身体结构是自然的一个组成部分，人的养生之道应与自然的运行密切相关，据此提出了“天人相应”的医疗原则。把生理现象与自然现象联系起来，用自然现象、生理现象和神经活动三者结合的观点来考察疾病的根源。认为人体是一个有机的和谐整体，当阴阳失调时人就会生病。即所谓“阴阳匀平，以充其形。九候若一，命曰平人”，所以“平人者不病”，；“阴阳乖戾，疾病乃起”；“从其气则和，违其气则病”。,三、西方古代的系统思想,古希腊的米利都学派开创了宇宙体系论时期。 公元前500多年泰勒斯(Thales，约前624一前547

9、年)提出了“水是万物的始基”这一命题。认为，在不断变化和运动中，世界一定具有统一性，只要把握了始基，就可以把世界这一整体把握。 毕达哥拉斯(Pythagoras，约前570一前490年)学派则提出“数是万物的始基”的命题。认为数体系的和谐就是宇宙的和谐，也是社会的和谐。因此数体系反映了宇宙体系，数结构也即宇宙结构。恩格斯对这一命题给予了高度评价，认为在毕达哥拉斯的命题中“数服从一定的规律，同样，宇宙也是如此。于是宇宙的规律性第一次被说出来。”,赫蜡克利特则认为：“火是万物的始基”，世界万物的运动变化都是有规律、有秩序的，这些规律和秩序都是火的属性。因此他认为火变成万物，万物又归于火。 希腊人中

10、第一个百科全书式的学者德谟克利特创立了原子论，对构成宇宙的要素进行了猜测。他认为世界的始基是原子，不可分割的原子相互结合便构成了世界万物万事。他从原子论出发，强调系统的要素，肯定系统是由要素构成。,古希腊最伟大的哲学集大成者亚里士多德认为：理论体系有它的原型，并反映了客观体系。他说“如果知识的对象不存在，就没有知识；这是真的，因为将会没有什么东西可以被认识。同样这也是真的：如果某物的知识不存在，此某物却很可能是存在着”。他的关于整体和部分的关系分析，受到现代系统论思想的高度赞赏。“整体不同于部分之和”的命题，可以说是系统科学的千古之迷，也是较早从哲学上概括系统思想的。,四、近代科学中的系统思想

11、,近代科学从培根、伽利略开始，实验在科学上占了极重要的地位，从而产生了经验论思想。与此同时，笛卡尔的唯理论也兴起了，笛卡尔的方法几乎成了近代理论研究的标准方法。它的特点是分析，解剖，即把复杂问题和事物分解为相对简单的，进行研究后，又把简单的合为复杂的。这种思路是建立在与系统思想完全对立的“可分”与“可加”基础之上的。但它在牛顿体系兴起的时候的确取得了巨大的成功，以至被许多人认为是处理一切复杂问题的“钥匙”。,当这种思想被“凝固”起来之后，就变成了历史上有名的“形而上学”思潮。在其影响下系统思想一度受到冷遇和轻视，对局部问题的过度重视往往使人们忽略整体，只见树木不见森林。 到了19世纪，形而上学

12、的局限性显现出来，大哲学家黑格尔说：“脱离了人体的手不能说是人手”。这实际上已经包含了某些部分不能脱离整体的思想。然而，真正的突破发生在19世纪下叶，由于科学史上出现了一系列新的进展和新的思潮，从那时起现代意义上的系统科学才开始酝酿起来。,五、现代系统思想的萌芽,进化论使时间和历史进入了科学的视野 科学思想的第二次大飞跃转移发生在19世纪下叶，当时出现了三大进化的理论，这就是和热力学第二定理联系在一起的物理学的进化论，和达尔文的名字联系在一起的生物进化论，和马克思的名字联系在一起的社会进化论。这种转移实际上已经预示着科学研究的重心将要从简单的物理系统转向复杂的生命系统。,一个偶然性的宇宙观,近

13、代数学的进展对系统思想发展的影响也是不容忽视的。 概率论与数理统计学的产生打破了确定论的一统天下，为研究复杂系统和不确定性问题提供了有利的思想武器。20世纪著名的数学家N维纳在他的名著控制论一开始就指出，它们带来了“一个偶然性的宇宙观”。 对“病态”、“破碎”的关注，引导了复杂形态的研究,对生命现象与心理活动的思索 19世纪末在生物领域中产生了一股有机论的思潮，出现了一批与此有关的新理论和新的哲学论著，如斯宾塞的社会有机论；柏格森的生命哲学；20世纪初怀德海的过程哲学；波格丹诺夫的组织形态学；韦特海默、柯勒和卡夫卡等的格式塔心理学；皮亚杰的结构主义；乔姆斯基的结构主义语言学。在这些论著中许多地

14、方已经涉及到现代系统科学的核心问题：即对复杂性态的刻划和动力学机制的研究。,20世纪通信与控制的世纪,通讯技术和控制技术的发展为现代系统科学产生提供了直接动因 远距离通信是人们长期的理想，它把世界连成一个整体。19世纪末电信技术的出现使人们有了实现理想的可能。 20世纪40年代末控制论的出现具有重大的社会意义。,世界大战系统科学的催生婆,战争是一把双刃剑 20世纪的两次世界大战对系统科学诞生扮演了“催生婆”的角色。现代管理科学的兴起为系统思想的应用打开了广阔的领域之后，才迎来了现代系统科学的第一个春天。,六、现代系统科学的创立,40年代末以技术科学为特点的“老3论”一般系统论 1937年 V.

15、贝塔朗菲控制论 1948年 N.维纳信息论 1948年 C.申农,一般系统论,1937年前后美籍奥地利理论生物学家V.贝塔郎菲（Von Bertalanff,L）提出了一般系统论（General Systems Theory）。 传统的机械论无法揭示生命活动的规律，20世纪20年代逐步形成“机体生物学”，即“机体系统论”的思想，以强调“活机体”的开放性与整体性。,1937年贝塔郎菲首次提出一般系统论的概念。 1945年，一般系统论正式发表，标志着该学说正式创立。广义地说，一般系统论包括3个主要领域：第一个领域是系统科学，即各门科学中对系统的科学探讨和科学理论，以及适用于所有系统的原理性学说；第

16、二个领域是系统技术，即系统工程；第三个领域是系统哲学，包括系统本体论、系统认识论和系统价值论。,控制论(Cybernetics)（Kolmogonofu）,1948年底美国数学家N.维纳（N.wenner）出版了控制论一书 。 维纳把控制论看成是一门类似与“掌舵术”一样的方法论，他认为通过反馈等手段，可以研究机器、动物和组织内部以及它们之间的控制和通讯的规律。用来揭示自动控制与生命有机体之间的相互作用，特别是人类与机器之间的相互作用。控制论既研究动物系统的自然控制机理，又研究在人机控制系统中人作为某一操作元件时的行为。 1952年人有人的用处一书出版 1962年控制论一书第二版出版,信息论(I

17、nformation Theory),1948年底，美国数学家、工程师C.申农 （C.Shenno）发表通信的数学理论一文，被认为是信息论创立的标志。信息论研究信息与信息系统的基本特征及运动规律，并运用这些规律建构高效率的信息系统，评价它的有效性和可靠性。信息论包括：狭义信息论 、一般信息论 、广义信息论等。,老三论的特点与不足,老三论集中体现了20世纪中叶前对系统的认识，主要体现在技术层面上对整体的认识和把握。为人们提供了一个新的视角和方法（行为主义，功能模拟的黑箱法方法），但对系统的演化运行问题，特别是系统创生问题没有给出理论上的回答。,七、现代系统理论的形成,70年代以系统理论为特点的“

18、新3论” 耗散结构理论 19451969比普里高津 协同学 19681972 德国哈肯 超循环理论 1971 德国艾根 突变论 法国托姆,耗散结构理论（Dissipative Structures Theory）,1972年前后由以77年诺贝尔化学奖获得者I.普里高津（I.Prigogine）为首的布鲁塞尔学派创立。它是一种运用微分方程稳定性理论和分支理论研究非平衡系统自组织过程的理论，是非平衡热力学和非平衡统计物理的一个新分支。指出只要系统从外界吸收的负熵流足够大，能抵消和超过系统内部的熵产生值，就可以使系统总熵保持不变或增加，从而产生一种新的有序结构，即为耗散结构。,但耗散结构的产生需3个

19、必要条件：系统处于远离平衡态，外部控制参量达到临界点，旧结构（状态）才会失稳；系统内部存在非线性相干机制或正反馈机制，才会出现自催化过程；要有“涨落”起“触发器”的作用。,协同学（Synergetics）,20世纪70年代初由联邦德国理论物理学家H.哈肯创立。哈肯认为一个新的有序结构，即一个系统的形成演化是子系统在特定条件下“合作、协同”的结果，这一过程无需从外界输入特殊的组织指令而自发进行。按照他的归纳，协同学处理问题的过程大体分3步：进行线性稳定性分析，找出失稳的条件和机制；应用伺服原理，建立“支配”方程，找出序参量及序参量方程；求解序参量方程。,超循环理论 (hypercycle the

20、ory ),1971年前后西德理论化学家，1971年诺贝尔化学奖得主E.艾根（MEigen&P.Schuster）发表了“ A Principle of Natural Self-Organization”一文，首先提出超循环的概念。 超循环是由催化循环构成的更高级的循环。它是将多个催化或自复制单元按循环形式连接起来的复杂系统。其中每个自复制单元既能指导自己的复制，又能对下一个中间产物的产生提供催化帮助，这种催化帮助往往是由富能物质提供的，其形式记为H,它构成为。它的提出激起了人们对自组织内在机制的思考。对它的作用、意义、运行规律等目前正在探讨之中。,突变论 Catastrophe theor

21、y,1971年前后由法国数学家托姆（Thom）提出。突变现象指事物突然从一种状态跳跃到另一种状态；或事物经过一段连续变化之后在一定的外界条件下出现一种不连续的，发散的，强烈依赖于初始条件的变化。这种情况在自然界、社会领域及技术过程中普遍存在着。为了描述突变现象，突变论把突变看作是势函数由一个极小值变到另一个极小值的变化，即看成是稳定结构之间的变更，认为可用由控制的“控制因子”（控制参量）构成的“控制面”与被控制的“反应因子”（状态参量）构成的“反应面”来描述突变过程。,新三论的特点与不足,新三论开始回答系统的演化，特别是创生的可能性问题，指出在远离平衡态的情况下可能出现旧结构失稳和新结构的创生

22、。 新三论尚未解决演化的内在机制问题，对这个问题的研究导致了非线性科学的产生。,八、非线性科学与非线性系统研究,现代科学在20世纪80年代又有了新的发展，创立了包括混沌理论、分形理论、微分动力系统理论、孤子理论在内的非线性科学。从学科划分来讲，非线性科学是与系统科学平行的学科，但由于非线性相互作用是系统创生、发展、演化的基本机制，我们把它作为系统科学发展的一部分来进行考察。,非线性科学的4大范例,美国洛斯阿拉莫斯国家试验室、非线性科学研究中心主任Compbel990年提出非线性科学的4大范例：1、拟序结构：孤立波的研究 （Soliton） 。 2、确定性混沌（Chaos）与分形(Fractal

23、)。 3、复杂图形：全局拟序结构 Pattern。4、自适应、自学习、自组织、神经网络、遗传算法与基因算法。 1987年Bak、汤超、Wiesenfeld的Self-organized criticality- SOC，沙堆模型。,九、世纪之交的复杂系统研究,20世纪90年代以复杂性态为研究对象的复杂性科学在更大的范围内覆盖了非线性科学研究的内容。在这门新学科中美国圣菲研究所（SFI）作出了引人注目的贡献，它们的研究内容极大地丰富了系统理论。当然，对系统科学发展历史的回顾不能忘记中国学者的贡献。20世纪70、80年代以来，我国许多有见识的学者就曾提出，要建立一门相对完整的系统科学，其中系统理论

24、或系统学是她的理论基础。在即将建立的系统理论中应该较好地体现中国传统文化中独具特色的有机论、整体论和自然演化论的思想。这是一件意义深远而又极其艰巨的工作，在形成一个统一的理论之前需要有一个“百花齐放，百家争鸣”的阶段，让学者们从各自不同的角度提出自己的系统理论。,21世纪系统科学的基本问题,1、以生命和社会为代表的复杂巨系统2、人类智能系统的形成与发展3、系统、环境与可持续发展4、系统群与超系统,第46届ISSS会议的10个专题,1、运用系统科学的观点分析当今世界的基本问题和热点问题，如全球化进程中的地区、国家、民族关系；新世纪中战争的新形态；加入WTO后的中国经济与企业发展；国际反恐怖、反邪

25、教问题等。2、认识、控制、管理复杂社会经济系统的新方法与新思路。案例分析与方法论研究。3、社会经济系统、生态系统、生命系统、认知系统的一般复杂性与特殊复杂性。,4、管理复杂性，系统思维方法在现代管理中的应用。典型案例与对策研究。5、知识经济时代的系统科学、智能系统、智能社会、智能劳动的生产方式及其对未来社会的影响。6、复杂系统演化的环境、条件与动力机制、自组织、分形生长、混沌控制。7、金融系统的复杂性，决策与决策支持系统的复杂性、社会系统的风险识别、预警与控制。,8、社会变革中的系统问题、环境问题、社会经济系统的结构与体制变革，可持续发展问题。9、系统科学与工程的理论、观点、方法在产业、行业与企业发展中的应用，系统分析与对策研究。10、其他现代系统科学、非线性科学、复杂性科学中的理论、哲学与语义问题。,思考题,从系统科学的发展中我们能得到什么启示？学科发展一般会经历哪些阶段？每个阶段会有哪些特征？如何进行系统分析？对一个复杂系统（比如一所大学）可以从哪些方面进行分析？ 研究型大学的基本特征与形成动力和条件。（如何开展这方面的研究）,